Бумажная сборная гильза для патронов к гладкоствольным ружьям

 

Изобретение относится к области охоты и может использоваться для стрельбы из гладкоствольных ружей. Гильза состоит из бумажной трубки, скатанной из нескольких слоев бумаги и защемленной между донным пыжом и металлическим основанием, при этом трубка скатана из бумаги толщиной 100-160 мкм и имеющей временное сопротивление σ (кгс/см²) не менее 9 в машинном направлении, 5 в поперечном направлении и относительное удлинение ε (%) не менее 3 в машинном направлении, 7 в поперечном направлении, а высота донного пыжа равна высоте металлического основания с точностью ±0,5 мм или меньше высоты металлического основания, причем толщина стенки металлического основания h меньше критического значения h_кр, выбираемого по эмпирической формуле h_кр = (2σH)/σ_т, где σ_т - сопротивление текучести металла основания, σ - временное сопротивление бумаги в поперечном направлении, Н - толщина стенки бумажной трубки. В качестве бумаги может быть использован электроизоляционный картон по ГОСТ 2824-86. Разработанная гильза является экологически чистой, имеет динамическую прочность в 2 раза выше, чем существующая в настоящее время бумажная гильза, и обеспечивает надежное функционирование охотничьих патронов в различных ружьях, включая самозарядные. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области охоты и стендовой стрельбы и может быть применено для стрельбы из гладкоствольных ружей.

Известна бумажная сборная гильза для спортивных и охотничьих патронов, состоящая из бумажной трубки, донного пыжа и металлического основания [В.Н. Трофимов "Охотничьи боеприпасы", М.: Рученькина, с.20]. Трубка этой гильзы образуется навивкой на веретено 6-7 полных витков патронной бумаги по ГОСТ 876-73.

Недостатком конструкции такой гильзы является ее недостаточная прочность для обеспечения безопасности стрельбы из современных гладкоствольных ружей, включая самозарядные, с размерами патронника, удовлетворяющими требованиям ПМК и ГОСТу Р 50530-93.

Технической задачей изобретения является создание конструкции более прочной бумажной гильзы к патронам для стрельбы из гладкоствольных ружей.

Поставленная задача решается тем, что по первому варианту изобретения бумажная сборная гильза для патронов к гладкоствольным ружьям, состоящая из бумажной трубки, скатанной из нескольких слоев бумаги и защемленной между донным пыжом и металлическим основанием, при этом трубка скатана из бумаги толщиной от 100 до 160 мкм и имеющей временное сопротивление - σ(кгс/см²), не менее: в машинном направлении 9, в поперечном направлении 5, и относительное удлинение - ε (%), не менее: в машинном направлении 3, в поперечном направлении 7, а высота донного пыжа равна высоте металлического основания с точностью ±0,5 мм.

Поставленная задача решается тем, что по второму варианту изобретения бумажная сборная гильза для патронов к гладкоствольным ружьям, состоящая из бумажной трубки, скатанной из нескольких слоев бумаги и защемленной между донным пыжом и металлическим основанием, при этом трубка скатана из бумаги толщиной от 100 до 160 мкм и имеющей временное сопротивление - σ (кгс/см²), не менее: в машинном направлении 9, в поперечном направлении 5, и относительное удлинение - ε (%), не менее: в машинном направлении 3, в поперечном направлении 7, а высота донного пыжа меньше высоты металлического основания, причем толщина стенки металлического основания h меньше критического значения h_кр, выбираемого по эмпирической формуле: h_кр = (2σH)/σ_т, где: σ_т - сопротивление текучести металла основания; Н - толщина стенки бумажной трубки; σ - временное сопротивление бумаги в поперечном направлении.

Одним из вариантов выполнения гильзы является гильза, в которой в качестве бумаги применяется электроизоляционный картон по ГОСТ 2824-86.

Сущность решения поясняется фиг. 1, 2.

На фиг. 1 представлена конструкция 1 бумажной гильзы, расположенной в патроннике ружья для случая, когда высота донного пыжа равна высоте металлического основания L.

На фиг. 2 представлена конструкция 2 бумажной гильзы, расположенной в патроннике ружья для случая, когда высота металлического основания L больше высоты донного пыжа l (L>l).

Предлагаемая гильза состоит из металлического основания 1, донного пыжа 2 и защемленной между ними трубки 3, навитой из высокопрочной эластичной бумаги толщиной от 100 до 160 мкм. Между трубкой гильзы 3 и патронником 6 существует начальный зазор 5, а между металлическим основанием 1 и патронником 6 начальный зазор 4.

Бумажная сборная гильза в составе патрона работает следующим образом.

Для конструкции гильзы, приведенной на фиг.1, после инициирования капсюля-воспламенителя (KB) и возгорания порохового заряда за счет давления пороховых газов и продуктов детонации KB происходит эластичное расширение стенок бумажной трубки 3 до ее соприкосновения с патронником 6 ружья.

Для конструкции гильзы, приведенной на фиг.2, после инициирования KB и возгорания порохового заряда происходит не только эластичное расширение стенок бумажной трубки 3, но и пластичное расширение тонкостенного металлического основания 1.

Наружные геометрические размеры элементов гильзы при ее изготовлении обеспечиваются: бумажной трубки - калибровочной матрицей, через которую прогоняются трубки после изготовления и высыхания до заданной влажности 5-8%; металлического основания - размером пресс-инструмента линии оголовливания гильз (ЛОГ). В связи с этим в силу существующего технологического процесса изготовления бумажных сборных гильз на патронных заводах получается так, что диаметры трубки и металлического основания на окончательно изготовленной гильзе разные. Это приводит к тому, что появляются различные величины начальных зазоров между патронником и различными элементами гильзы (трубки и основания). Например, для гильзы 12-го калибра по ТУ 7272-002-07513903-99 максимальный начальный зазор между трубкой и патронником равен 0,25 мм. При расчетах начальных зазоров размеры патронника гладкоствольного ружья 12-го калибра принимались в соответствии ГОСТу Р 50530-93.

Для повышения динамической прочности гильз особенно важно, чтобы бумага, применяемая для изготовления бумажных гильз, имела высокое удлинение до разрыва. Это вытекает из необходимости того, чтобы гильза без разрушения деформировалась в патроннике ружья в радиальном направлении для выборки начального зазора, равного 0,25 мм. Поэтому необходимая расчетная величина удлинения бумаги при разрыве в поперечном направлении составляет не менее 2,5%. С учетом того что гильзы должны быть прочными при любых условиях эксплуатации и хранения в течение 18 месяцев, удлинение бумаги в поперечном направлении должно быть больше, чем 2,5% и составлять не менее 7% при влажности трубки 5-8%. Требование к необходимой деформации бумаги в поперечном направлении обусловлено тем, что штатное технологическое оборудование намотки бумажной трубки гильзы располагает бумагу в гильзе таким образом, что выбор начального зазора при деформации гильзы происходит за счет деформации бумаги в поперечном направлении.

Выпускаемые в настоящее время в России бумажные гильзы из патронной бумаги для оболочки пороховых и других зарядов по ГОСТ 876-73 имеют низкую динамическую прочность и часто разрушаются в условиях кратковременного их нагружения в патроннике ружья во время выстрела, который длится около 2 мс.

Известно, что некоторые гильзы при выстреле разрушаются частично, а некоторые полностью с образованием продольных трещин. В некоторых случаях происходит и отрыв бумажной трубки от донной части гильзы. Отрыв трубки особенно опасен для стрелка, т.к. остатки трубки могут застревать в стволе, что может привести к порче ружья и травме стрелка при последующем выстреле.

Причиной этих разрушений гильз является недостаточная динамическая прочность и эластичность применяемой для изготовления гильз патронной бумаги марки А, особенно после хранения гильз в условиях сухого климата, что снижает влажность трубок и, следовательно, их эластичность.

На основе обзора технической литературы и натурных экспериментов с различными типами бумаги различной толщины было установлено, что для устранения разрушений гильз при выстреле необходимо, чтобы бумага имела в терминах ГОСТа 2824-86: разрушающее усилие в машинном направлении не менее 9 кгс/см²; разрушающее усилие в поперечном направлении не менее 5 кгс/см²; удлинение при разрыве в машинном направлении не менее 3,0%; удлинение при разрыве в поперечном направлении не менее 7% и толщину в диапазоне от 100 до 160 мкм, что превышает прочностные и эластические параметры бумаги марки А в 1,5 раза и более.

Одной из таких бумаг является электроизоляционный картон (ЭК) по ГОСТ 2824-86.

Для практического подтверждения правильности выбранного направления упрочнения бумажной гильзы были изготовлены по штатной технологии опытные образцы гильз 12-го калибра конструкции 1 (см. фиг. 1) из ЭК толщиной 150 мкм.

Сравнительные технические характеристики одинаковых образцов ЭК и патронной бумаги марки А приведены в таблице.

Сравнительные испытания на динамическое нагружение гильз из бумаги марки А и из ЭК проводились по специально разработанной на ФГУП НМЗ "Искра" методике динамических гидравлических испытаний инв. 44-2000.

Анализ динамических гидравлических испытаний показал существенное повышение (примерно, в 2 раза) динамической прочности бумажных гильз 12-го калибра при замене бумаги марки А на ЭК.

Кроме того, опытные образцы бумажных гильз из ЭК, имеющие L=l, и штатные гильзы из бумаги А, имеющие L= l, подвергались прочностным испытаниям в баллистических ружьях и самозарядных охотничьих ружьях в соответствии с ТУ 7272-002-07513903-99 "Гильзы бумажные и пластмассовые" и ГОСТ Р50530 "Виды и методы контроля при сертификационных испытаниях на безопасность". Бумажные гильзы 12-го калибра из ЭК после стрельбы из баллистического ружья МЦ-16-12 с повышенным максимальным давлением пороховых газов при выстреле (800-1000 кгс/см²) дефектов не имели и удовлетворяли всем требованиям технических условий. Причем испытания проводились как после выдержки патронов при нормальной температуре в течение 4-х часов, так и после выдержки двух различных партий патронов при температурах +50^oС (одна партия) и -50^oС (другая партия) в течение 4-х часов.

Бумажные гильзы из ЭК также испытывались стрельбой из самозарядного охотничьего ружья МЦ-21-12. Результаты испытаний показали отсутствие дефектов гильз и отсутствие задержек в работе самозарядного ружья.

Важно отметить, что у гильз из бумаги А в цикле описанных выше испытаний обнаружены различные разрушения, недопустимые техническими условиями, особенно в случае, когда влажность их трубок снижалась до 2%, в то время как для гильз из ЭК такое снижение влажности трубок не приводило к появлению дефектов. Отстрел опытных партий гильз показал возможность повторного использования бумажных гильз из ЭК для снаряжения охотничьих и спортивных патронов для гладкоствольных ружей.

Для практического подтверждения правильности выбранного направления упрочнения гильзы были также изготовлены по штатной технологии опытные образцы гильз 12-го калибра конструкции 1 (фиг.1) из ЭК толщиной 100 мкм. Результаты испытаний этих гильз по полной программе также положительны.

Важно отметить, что уменьшение толщины бумаги меньше 100 мкм не возможно в силу конструктивных параметров установки намотки бумажных трубок, а увеличение толщины бумаги больше величины 160 мкм нежелательно, так как количество витков в бумажной трубке становится меньше четырех, а это существенно снижает надежность функционирования гильзы в патроннике ружья при выстреле.

В случае, когда конструкция гильзы выполнена по варианту 2 (см. фиг.2), на ее динамическую прочность влияет пластичность металлического основания.

При жестком непластичном основании во время расширения трубки при выстреле происходит ее подрезка (разрушение) кромкой металлического основания.

Порог пластичности металлического основания при выбранной марке металла, имеющего конкретное значение величины сопротивления текучести σ_т, определяет его толщина h; чем меньше толщина h, тем при меньшем давлении Р₁ пороховых газов внутри гильзы произойдет переход процесса расширения металлического основания от упругого в пластичное. Очевидно, что значение величины P₁ не должно превосходить значение величины Р₂ давления внутри гильзы, которое вызывает разрыв бумажной трубки в отсутствие металлического основания, т.е. P₁≤Р₂.

Значение величины P₂ можно оценить для статического нагружения по формуле: P₂ = (2•H•σ)/D₁, (1) где Н - толщина бумажной трубки, σ - временное сопротивление разрыву бумаги в поперечном направлении, D₁ - средний диаметр трубки.

Значение величины P₁ можно оценить для статического нагружения по формуле: P₁ = (2•hσ_т)/D₂, (2) где h - толщина стенки металлического основания, D₂ - средний диаметр основания.

Практически допускаем, что значения D₁ и D₂ у гильз равны, поэтому выражение P₁≤Р₂ можно преобразовать в: h≤h_кр = σ/σ_т•H. (3) Проведенные на ФГУП НМЗ "Искра" динамические прочностные испытания гильз показали, что расчет значения Р₂ возможно определять по эмпирической формуле:
P₂ = k•2•H•σ/D₁, (4)
где k - корректирующий коэффициент, определяемый экспериментальным путем.

Для гильз 12-го калибра из электроизоляционного картона по ГОСТ 2824-86 толщиной 150 мкм, например, этот коэффициент равен 2.

Предполагая, что этот коэффициент существенно не измениться для других калибров гильз и для других марок бумаг, имеющих высокую прочность и эластичность, выражение (3) примет вид
h≤h_кр = (2σ/σ_т)•H. (5)
Для гильз 12-го калибра из электроизоляционного картона, имеющих Н=0,9 мм и σ=5 кгс/мм², со стальным основанием, которое имеет σ_т = 30 кгс/мм² из выражения (5) получаем: h_кр=0,30 мм.

Испытания гильз, имеющих L>l, подтвердили, что при толщине стального основания 0,5 мм происходит подрезка трубки гильзы во время выстрела с последующим нарушением ее целостности. Это связано с тем, что неправильно выбрана толщина основания гильзы. В настоящее время проводятся работы по изготовлению гильз с основанием меньшей толщины.

Формула изобретения

1. Бумажная сборная гильза для патронов к гладкоствольным ружьям, состоящая из бумажной трубки, скатанной из нескольких слоев бумаги и защемленной между донным пыжом и металлическим основанием, отличающаяся тем, что трубка скатана из бумаги толщиной 100 - 160 мкм и имеющей временное сопротивление σ (кгс/см²) не менее 9 в машинном направлении и 5 в поперечном направлении и относительное удлинение ε (%) не менее 3 в машинном направлении и 7 в поперечном направлении, а высота донного пыжа равна высоте металлического основания с точностью ±0,5 мм.

2. Бумажная гильза по п. 1, отличающаяся тем, что трубка скатана из нескольких слоев электроизоляционного картона по ГОСТ 28 24-86.

3. Бумажная сборная гильза для патронов к гладкоствольным ружьям, состоящая из бумажной трубки, скатанной из нескольких слоев бумаги и защемленной между донным пыжом и металлическим основанием, отличающаяся тем, что трубка скатана из бумаги толщиной 100 - 160 мкм и имеющей временное сопротивление σ (кгс/см²) не менее 9 в машинном направлении и 5 в поперечном направлении и относительное удлинение ε (%) не менее 3 в машинном направлении и 7 в поперечном направлении, а высота донного пыжа меньше высоты металлического основания, причем толщина стенки металлического основания h меньше критического значения h_кр, выбираемого по эмпирической формуле
h_kр= (2σH)/σ_т,
где σ_т - сопротивление текучести металла основания;
σ - временное сопротивление бумаги в поперечном направлении;
Н - толщина стенки бумажной трубки.

4. Бумажная гильза по п. 3, отличающаяся тем, что трубка скатана из нескольких слоев электроизоляционного картона по ГОСТ 2824-86.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3